Ficha Tecnológica para Escavação Mecanizada de Cava de Fundação

O processo tecnológico foi desenvolvido para a execução de uma cava com dimensões em planta de 37,41×17,17 m e profundidade de projeto de 2,5 m para a construção de um edifício de alvenaria de 5 pisos com dimensões nos eixos de 32,1×12 m. O volume total de solo a escavar na cava é de 1464,08 m³. Destes, 369,63 m³ são armazenados num depósito temporário para posterior reaterro das valas (tendo em conta o coeficiente de empolamento residual de 1,07), e o excedente no volume de 1094,45 m³ deve ser transportado para fora do estaleiro de obra.

Os trabalhos são realizados em condições climáticas adversas: a temperatura exterior de cálculo atinge -34 °C, a profundidade normativa de congelamento do solo é de 1,70 m. A base é constituída por um solo franco-argiloso pesado com as seguintes características físico-mecânicas: massa volúmica no estado natural — 1800 kg/m³, ângulo de talude natural — 63°. A inclinação de projeto dos taludes para este tipo de solo, com profundidade até 3 m, é assumida como 1:0,5. O coeficiente de empolamento inicial do solo no balde da escavadora é de 1,2.

Para garantir um ciclo contínuo, os trabalhos são realizados em regime de dois turnos. O projeto prevê a execução de uma rampa de acesso com uma largura de fundo de 3 m e coeficientes de inclinação dos taludes calculados. A área ótima das fundações na base é de 427,43 m², o que exige uma preparação rigorosa da base e o cumprimento das tolerâncias normativas durante a limpeza final.

1Parede portante exterior, posicionada ao longo do perímetro do edifício, fornecendo suporte estrutural e fecho.

2Parede divisória não portante interior, separando espaços dentro de uma fração, posicionada ao longo do eixo B.

3Vão de porta interior, permitindo o acesso entre divisões adjacentes ou corredores.

4Vão de janela na parede exterior, permitindo luz natural e ventilação, posicionado na fachada do edifício.

5Vão de janela na parede exterior, permitindo luz natural e ventilação, posicionado na fachada do edifício.

6Vão de porta interior, permitindo o acesso a uma caixa de escadas ou corredor.

7Parede divisória não portante interior, separando áreas funcionais específicas, possivelmente uma casa de banho ou zona técnica.

8Espaço interior, possivelmente uma área de estar ou quarto, delimitado por paredes estruturais e divisórias envolventes.

9Vão de janela na parede exterior, permitindo luz natural e ventilação, posicionado na fachada do edifício.

10Parede divisória não portante interior, separando espaços dentro de uma fração.

11Parede portante exterior, posicionada ao longo do perímetro do edifício, fornecendo suporte estrutural e fecho.

12Parede divisória não portante interior, separando espaços dentro de uma fração, posicionada perto do eixo central.

1. Análise da documentação de projeto e verificação das propriedades físico-mecânicas dos solos segundo os dados das sondagens geológicas.
2. Determinação dos volumes de movimento de terras: escavação, reaterro, remoção de excedentes.
3. Cálculo dos parâmetros dos depósitos temporários: para o armazenamento de 369,63 m³ de solo, forma-se um aterro com 74,82 m de comprimento, 3,5 m de altura e 3,45 m de largura.
4. Aprovação do esquema de circulação da maquinaria de movimentação de terras e de transporte no estaleiro de obra.

Antes do início do ciclo principal de escavação, o estaleiro de obra deve ser totalmente preparado de acordo com o plano de organização de estaleiro aprovado. Em primeiro lugar, procede-se à limpeza do terreno, decapagem do estrato vegetal com o seu armazenamento separado, bem como ao nivelamento vertical prévio do terreno na área de implantação do edifício. A etapa mais importante é a organização da drenagem superficial para evitar o encharcamento dos solos de fundação durante a execução dos trabalhos.

O serviço de topografia realiza a marcação dos eixos do edifício no terreno, fixando-os com gabaritos fora da zona de movimento de terras (a não menos de 3-5 metros da crista da cava). É feita a marcação dos contornos da cava no topo e na base, tendo em conta a inclinação dos taludes (1:0,5) e as dimensões da rampa de acesso. Todas as marcas topográficas devem ser devidamente protegidas contra danos causados pela maquinaria de construção.

Para o funcionamento ininterrupto do transporte rodoviário, são construídos acessos viários temporários. As rotas dos veículos são calculadas com base numa velocidade média de 22 km/h num raio de transporte de 3 km. O depósito temporário de solo para reaterro localiza-se estritamente ao longo dos lados maiores da cava, fora da cunha de escorregamento, respeitando as dimensões calculadas (secção do depósito, altura de 3,5 m).

2Crista (bordo superior) do talude da cava de escavação ao longo do lado superior

3Base (bordo inferior) do talude da cava de escavação ao longo do lado inferior

4Talude no lado esquerdo da cava de escavação

5Talude no lado direito da cava de escavação, adjacente à rampa de acesso

6Rampa de acesso inclinada que conduz à cava de escavação, marcada com um ângulo de descida de 30°

7Ponto de canto que indica a transição entre o talude superior e a rampa de acesso

8Ponto de canto que define o limite inferior direito da base principal da cava de escavação

1. Preparação de engenharia do terreno: limpeza, decapagem da camada vegetal, nivelamento.
2. Execução dos sistemas de drenagem temporária (valas de crista, drenos).
3. Marcação topográfica instrumental do contorno da escavação com fixação de marcos.
4. Construção das vias de circulação temporárias internas do estaleiro e das zonas de manobra para veículos pesados.
5. Formação das áreas de armazenamento do solo de reaterro fora do prisma de rutura.

A escavação principal do solo é realizada por uma escavadora hidráulica de lagartas, equipada com balde de retroescavadora com capacidade de 0,65 m³. A escavação é conduzida em dois avanços frontais. Para este tipo de equipamento, o raio máximo de corte ao nível do estacionamento é de 9,1 m, e a profundidade máxima de escavação é de 6 m. O raio de corte ideal é assumido como 8,19 m. O passo de avanço da escavadora é calculado como 0,75 do comprimento do braço, situando-se entre 2 e 2,25 m.

O carregamento do solo extraído é feito em camiões basculantes com capacidade de 10 t. O enchimento da caixa de um camião exige o carregamento de 10 baldes de solo, com uma duração de ciclo de trabalho da escavadora de 27 segundos e um coeficiente de enchimento do balde de 0,8. O ciclo de transporte inclui a manobra (1,25 min), o posicionamento para carga (0,3 min) e a descarga (1,6 min). Com base nos cálculos do tempo de viagem (incluindo um percurso de 3 km numa direção), determina-se o número ideal de camiões basculantes para garantir o funcionamento contínuo da escavadora sem tempos de paragem.

O requisito crítico da tecnologia é evitar a perturbação da estrutura natural do solo na base das fundações. Por isso, a escavação mecanizada é realizada deixando uma subescavação de projeto de 0,15 m (o volume desta camada no presente projeto é de 64,11 m³). A limpeza final do fundo da cava até às cotas de projeto é efetuada por um bulldozer (com potência não inferior a 58,8 kW) e manualmente, imediatamente antes da execução das fundações. O solo resultante da limpeza é empurrado pelo bulldozer para a extremidade da cava, de onde é extraído pela escavadora.

1Linha 1: Tarefa agendada de forma intermitente ao longo dos três dias, ocorrendo em horas específicas nos turnos 1 e 2.

2Linha 2: Tarefa agendada de forma intermitente ao longo dos três dias, refletindo o horário da tarefa na Linha 1.

3Linha 3: Tarefa agendada de forma breve no dia 3, turno 1, especificamente durante a 7.ª hora.

4Linha 4: Tarefa agendada de forma breve no dia 3, turno 1, especificamente durante a 7.ª hora.

5Linha 5: Tarefa agendada de forma contínua desde o dia 3, turno 1, hora 8, até ao final do dia 3, turno 2, hora 8.

15Valor que indica uma quantidade, duração ou métrica específica relacionada com as tarefas agendadas, localizado centralmente acima das principais linhas de tarefas.

1. Posicionamento da escavadora na frente de trabalho, marcação da largura do primeiro avanço frontal (até 10 m no topo).
2. Escavação do solo franco-argiloso com descarga na caixa do camião basculante (10 baldes por veículo) ou no depósito temporário.
3. Controlo da profundidade de escavação através de miras, deixando uma camada de proteção (subescavação) com 0,15 m de espessura.
4. Movimentação regular da escavadora ao longo do eixo de avanço com um passo de 2 a 2,25 m.
5. Corte da camada de proteção pelo bulldozer e acabamento manual do fundo imediatamente antes da betonagem ou montagem das fundações.

Com uma temperatura exterior de cálculo de -34 °C e uma profundidade normativa de congelamento de 1,70 m, a escavação de solos franco-argilosos pesados exige a aplicação de tecnologias especiais. Uma vez que a frente de escavação congela a partir da superfície, do talude e da parte frontal, a escavação do solo congelado é realizada de acordo com esquemas especializados: ao longo da camada congelada, transversalmente, por subescavação (começando sob a camada congelada) ou num ângulo em relação ao talude. A profundidade máxima admissível de congelamento para escavação sem escarificação prévia é calculada individualmente e depende da capacidade do balde e do grupo de solo.

Caso se exceda a profundidade de congelamento admissível, aplica-se a escarificação prévia. O método mecânico mais eficaz é o uso de martelos hidráulicos acoplados à escavadora. A escavação é feita por camadas, com 40-60 cm de espessura. A produtividade desta operação varia de 5 a 25 m³/h, dependendo da energia de impacto do martelo hidráulico. Para profundidades de congelamento superiores a 0,8 m, é aconselhável o uso do método de perfuração e desmonte por explosivos, utilizando cargas em furos ou fendas. Neste caso, a cava é dividida em três frentes de trabalho: zona de explosivos, zona de segurança e zona de escavação do solo desagregado.

Como medidas preventivas para proteger o solo do congelamento antes do início das temperaturas negativas, utiliza-se a escarificação a 30-35 cm, seguida de gradagem a 15-20 cm. A presença da camada desagregada e da cobertura de neve atrasa o início do congelamento em até 1,5 meses. O revolvimento profundo com escavadora até uma profundidade de 1,3-1,5 m pode prolongar o período de escavação de solo não congelado em 1-2 meses e reduzir a profundidade total de congelamento para quase metade.

1. Avaliação da profundidade real de congelamento do solo no estaleiro (abertura de poços, sondagem).
2. Para profundidades até 0,4-0,5 m: escavação direta utilizando o esquema de "subescavação".
3. Para profundidades > 0,5 m: escarificação por camadas com martelo hidráulico em espessuras de 40-60 cm.
4. Extração do solo congelado desagregado com escavadora e carregamento para transporte.
5. Proteção do fundo exposto da cava contra o congelamento com mantas de isolamento térmico ou neve fofa até ao início dos trabalhos de betonagem.

A qualidade dos movimentos de terras está sujeita a um controlo operacional contínuo por parte dos encarregados, diretores de obra e do serviço de topografia. A tarefa principal é verificar a conformidade dos parâmetros geométricos da escavação com os dados de projeto e preservar a capacidade de carga dos solos de fundação. A inspeção visual da localização da cava em planta é efetuada constantemente, enquanto o controlo instrumental decorre durante a escavação e após a sua conclusão.

Tolerâncias rigorosas (segundo as normas internacionais de construção) regulamentam a qualidade da receção: os desvios das cotas de projeto do fundo e das cristas não devem exceder ±0,05 m. O desvio da inclinação longitudinal definida é permitido no limite de ±0,0005. É estritamente proibido o estreitamento do contorno de projeto (redução da distância do eixo à crista) e o aumento da inclinação dos taludes além do valor de projeto (1:0,5), uma vez que isso acarreta risco de colapso das paredes.

Após a conclusão da escavação, o laboratório de solos da obra é acionado para avaliar as propriedades físico-mecânicas dos solos de fundação expostos (confirmação da massa volúmica de 1800 kg/m³, humidade natural e ausência de lentes de solos fracos). Caso se detetem inconformidades ou áreas de sobre-escavação, estas devem ser preenchidas com betão magro (classe C8/10 ou C12/15) ou com material areno-brita compactado. Os resultados do levantamento topográfico do fundo da cava são formalizados por uma planta final as-built e por um auto de receção de trabalhos ocultos.

1Balde da escavadora cheio de solo escavado, operando acima da caixa do camião para transferir o material diretamente para um camião basculante KamAZ-5511 para remoção para fora da obra

2Escavadora hidráulica de lagartas (modelo EO-4321), posicionada na superfície estável do solo à cota -0,400, funcionando como o principal equipamento de movimento de terras para a escavação da vala

3Pilha cónica de estéril (depósito temporário de solo), com 3450 mm de altura e um raio de base de 3500 mm, posicionada em segurança com um recuo (berma) mínimo de 1000 mm da crista da vala para evitar o colapso estrutural do talude

4Cava/vala de fundação principal, escavada a uma profundidade total de 2,5 m (cota de fundo -2,900), com uma largura de base de 14670 mm e taludes laterais com inclinação de 1:0,5 para garantir a estabilidade das terras

5Nível da superfície atual do terreno (cota de trabalho), estabelecido em -0,400, servindo como a principal plataforma operacional para maquinaria pesada e implantação do estaleiro

1. Controlo diário das cotas de escavação pelo operador da escavadora e pelo encarregado de primeira linha com o auxílio de um nível ótico/laser.
2. Realização do levantamento topográfico as-built do fundo e dos taludes após a escavação em bruto.
3. Colheita de amostras de solo do fundo da cava em laboratório para confirmar a capacidade de carga de projeto.
4. Registo dos desvios máximos admissíveis (tolerância de cota ±50 mm, inclinações ±0,0005).
5. Emissão do auto de receção de trabalhos ocultos e passagem da frente de trabalho às equipas de execução das fundações.

A execução de movimentos de terras é considerada uma atividade de alto risco. Antes de iniciar a escavação em locais com infraestruturas subterrâneas ativas, é emitida uma autorização de trabalho, coordenada com as entidades exploradoras. Nas zonas de passagem de linhas elétricas sob tensão ou gasodutos, os trabalhos são realizados exclusivamente sob a supervisão de representantes dos respetivos serviços. O uso de equipamento mecanizado nas zonas de proteção é estritamente regulamentado.

Para prevenir o desmoronamento dos taludes e garantir a segurança dos trabalhadores, o solo extraído da cava (incluindo o depósito temporário para reaterro) deve ser armazenado a uma distância não inferior a 0,5 metros da crista da escavação. É estritamente proibido escavar o solo criando palas pendentes (minagem). Todos os blocos, pedras de grandes dimensões ou desprendimentos de solo detetados nos taludes devem ser imediatamente removidos para o fundo.

A organização dos postos de trabalho exige a instalação de descidas seguras para a cava (escadas com largura não inferior a 0,75 m, com corrimãos, a cada 25 m de perímetro). Os locais de travessia das trincheiras por pessoas são equipados com passadiços com iluminação durante a noite. O carregamento de solo nos camiões basculantes pela escavadora só deve ser efetuado pela parte traseira ou lateral da caixa; a passagem do balde sobre a cabina do motorista é estritamente proibida. Durante o carregamento, o condutor deve abandonar a cabina caso esta não possua uma proteção de tejadilho especial.

1. Sinalização e abertura de poços de sondagem manual nas zonas de passagem de infraestruturas subterrâneas existentes.
2. Instalação de vedações de proteção no perímetro da cava e montagem de passadiços/escadas.
3. Garantia de controlo no armazenamento de solo e movimentação de maquinaria (a não menos de 0,5 m da crista de rutura).
4. Inspeção regular dos taludes para detetar o aparecimento de fissuras de cisalhamento, especialmente após precipitação ou degelo.
5. Cumprimento do regulamento de carregamento: emissão de sinais sonoros, posicionamento do balde na lateral ou na traseira da caixa do camião basculante.